JP6090194B2 - ロール成形装置 - Google Patents

Description

本発明は、被成形部材をロール成形するロール成形装置に関する。

被成形部材の所定の位置を二つのローラで挟み込むことによって所望の形状にロール成形するロール成形装置が知られている。ロール成形装置では、回転しているローラは、被成形部材を成形しつつ次の成形工程のローラに被成形部材を送る送り機能を有している。例えば、特許文献１には、入口側に被成形部材の移動速度を制御する送りローラと、当該送りローラの下流側に被成形部材を成形しつつ被成形部材を送る補助送りローラと、を備えるロール成形装置が記載されている。

特開２００５−５２８８９号公報

従来、ロール成形装置における被成形部材の成形を高速かつ精度よく行う場合、機械的な連結を介して一つの大容量サーボモータを複数のローラに接続していた。しかしながら、大容量サーボモータを駆動する電力が大きくなり、機械的な連結が大容量サーボモータの高速駆動に適応できないため、所望の位置に所望の形状が成形できなくなるおそれがある。また、複数のローラにそれぞれサーボモータを複数設ける場合、それぞれのローラにおける成形量の違いによって被成形部材の移動速度が異なる。このため、ローラ間における材料詰まりが発生するおそれがあった。

本発明の目的は、被成形部材の成形速度及び成形精度を向上するロール成形装置を提供することにある。

本発明は、被成形部材をロール成形するロール成形装置であって、二つのローラを有し被成形部材を回転する二つのローラの間に挟み込むと被成形部材を所望の形状に成形する複数の成形用ローラ部と、複数の成形用ローラ部のそれぞれに接続しローラを回転駆動する複数のローラ駆動手段と、被成形部材の移動速度を検出し被成形部材の移動速度に応じた電気信号を出力する移動速度検出手段と、制御部と、を備える。制御部は、複数の成形用ローラ部が被成形部材を成形するよう複数のローラ駆動手段の作動を制御しつつ、移動速度検出手段が出力する電気信号に基づいて複数の成形用ローラ部の一つである送り成形用ローラ部に接続する送り成形用ローラ駆動手段を用いて被成形部材の移動速度を制御することを特徴とする。

本発明のロール成形装置では、制御部は、移動速度検出手段が出力する電気信号に基づいて送り成形用ローラ部のみによって被成形部材が送られる。一方、送り成形用ローラ部を除く他の成形用ローラ部に接続するローラ駆動手段は、送り成形用ローラ部を除く成形用ローラ部が有する二つのローラが被成形部材を成形可能な程度の成形力を発生するよう回転駆動する。これにより、被成形部材は、送り成形用ローラ部を除く成形用ローラ部によって積極的に送られないため、成形用ローラ部の間における材料詰まりが発生することを防止する。したがって、成形速度を向上しつつ所定の位置に所望の形状の成形を行うことができる。

本発明の一実施形態によるロール成形装置の概念図である。 本発明の一実施形態によるロール成形装置の成形用ローラ部のそれぞれにおける被成形部材の断面図である。 本発明の一実施形態によるロール成形装置のローラ駆動手段が出力する回転トルクの時間変化を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
本発明の一実施形態によるロール成形装置について、図１〜図３に基づいて説明する。

一実施形態によるロール成形装置１は、例えば、単位毎に分割された平板状の被成形部材５を回転する二つのローラの間に挟み込み所望の形状にロール成形する装置である。ロール成形装置１は、第１成形用ローラ部１０、第２成形用ローラ部２０、第３成形用ローラ部３０、「移動速度検出手段」としての送り量測定部４０、回転トルク出力部５０、制御部６０などから構成されている。第１成形用ローラ部１０、第２成形用ローラ部２０、及び、第３成形用ローラ部３０は、特許請求の範囲に記載の「成形用ローラ部」に相当する。

第１成形用ローラ部１０は、二つのローラ１１、１２から構成されている。ローラ１１、１２は、白抜き矢印Ｄ１の方向に向かって挿入される被成形部材５を挟み込む。ローラ１１、１２が図１に示す矢印Ｒ１０の方向に回転すると、挟み込まれた被成形部材５は、成形される前の断面形状（図２（ａ）参照）から図２（ｂ）に示す断面形状に成形される。ローラ１１、１２は、回転トルク出力部５０が有する第１モータ５１に接続している。

第２成形用ローラ部２０は、二つのローラ２１、２２から構成されている。ローラ２１、２２は、第１成形用ローラ部１０から送られる被成形部材５を挟み込む。ローラ２１、２２が図１に示す矢印Ｒ２０の方向に回転すると、挟み込まれた被成形部材５は、図２（ｂ）に示す断面形状から図２（ｃ）に示す断面形状に成形される。ローラ２１、２２は、回転トルク出力部５０が有する第２モータ５２に接続している。

第３成形用ローラ部３０は、二つのローラ３１、３２から構成されている。ローラ３１、３２は、第２成形用ローラ部２０から送られる被成形部材５を挟み込む。ローラ３１、３２が図１に示す矢印Ｒ３０の方向に回転すると、挟み込まれた被成形部材５は、図２（ｃ）に示す断面形状から図２（ｄ）に示す断面形状に成形される。ローラ３１、３２は、回転トルク出力部５０が有する第３モータ５３に接続している。第３成形用ローラ部３０は、特許請求の範囲に記載の「送り成形用ローラ部」に相当する。

送り量測定部４０は、ロール成形装置１内を送られる被成形部材５において第３成形用ローラ部３０の下流側に位置する。送り量測定部４０は、二つの送りローラ４１、４２、及び、図示しない検出部から構成されている。ローラ４１、４２は、被成形部材５の表面に接触しつつ図１に示す矢印Ｒ４０の方向に回転する。ローラ４１、４２に接続する検出部は、二つの送りローラ４１、４２の回転速度を検出する。検出部は、送りローラ４１、４２の回転速度から被成形部材５の移動速度、すなわち、被成形部材５の単位時間当たりの送り量を検出する。送り量測定部４０では、検出した被成形部材５の送り量を制御部６０に出力する。

回転トルク出力部５０は、第１モータ５１、第２モータ５２、及び、第３モータ５３から構成されている。第１モータ５１、第２モータ５２、及び、第３モータ５３は、いわゆる、サーボモータであって、制御部６０が有する第１ドライバ６１、第２ドライバ６２、及び、第３ドライバ６３のそれぞれと電気的に接続している。第１モータ５１、第２モータ５２、及び、第３モータ５３は、第１ドライバ６１、第２ドライバ６２、及び、第３ドライバ６３のそれぞれが供給する電力の大きさに応じてローラ１１、１２、２１、２２、３１、３２を回転駆動する。第１モータ５１、第２モータ５２、及び、第３モータ５３は、特許請求の範囲に記載の「ローラ駆動手段」に相当する。第３モータ５３は、「送り成形用ローラ駆動手段」に相当する。

制御部６０は、第１ドライバ６１、第２ドライバ６２、第３ドライバ６３、処理部６５などから構成されている。第１ドライバ６１は、第１モータ５１に供給される電力の大きさを変更し第１モータ５１の回転駆動を制御する。第２ドライバ６２は、第２モータ５２に供給される電力の大きさを変更し第２モータ５２の回転駆動を制御する。第３ドライバ６３は、第３モータ５３に供給される電力の大きさを変更し第３モータ５３の回転駆動を制御する。

また、第３ドライバ６３は、送り量測定部４０、処理部６５、第１ドライバ６１、及び、第２ドライバ６２と電気的に接続している。第３ドライバ６３は、送り量測定部４０が出力する被成形部材５の送り量を処理部６５に出力する。処理部６５では、送り量測定部４０が検出した被成形部材５の送り量及び外部から入力されるロール成形装置１の駆動指示の内容に基づいて、第１ドライバ６１、第２ドライバ６２、及び、第３ドライバ６３の駆動信号を第３ドライバ６３に出力する。第３ドライバ６３では、処理部６５が出力する駆動信号に基づいて第３モータ５３を駆動しつつ、第１ドライバ６１及び第２ドライバ６２に駆動信号を出力する。第１ドライバ６１及び第２ドライバ６２は、第３ドライバ６３が出力する駆動信号に基づいて第１モータ５１及び第２モータ５２を駆動する。

次に、一実施形態によるロール成形装置１の成形工程の詳細について説明する。
図示しない部材供給装置を用いて、第１成形用ローラ部１０のローラ１１、１２の間に図２（ａ）に示す断面形状を有する被成形部材５を挿入する。ローラ１１、１２には第１ドライバ６１に制御されている第１モータ５１によって被成形部材５を成形する回転トルクが与えられている。被成形部材５は、第１成形用ローラ部１０において図２（ｂ）に示す断面形状に成形される。
次に、第１成形用ローラ部１０によって成形された被成形部材５は、第２成形用ローラ部２０に送られる。第２成形用ローラ部２０のローラ２１、２２には第２ドライバ６２に制御されている第２モータ５２によって被成形部材５を成形する回転トルクが与えられている。被成形部材５は、第２成形用ローラ部２０において図２（ｃ）に示す断面形状に成形される。
次に、第２成形用ローラ部２０によって成形された被成形部材５は、第３成形用ローラ部３０に送られる。第３成形用ローラ部３０のローラ３１、３２には第３ドライバ６３に制御されている第３モータ５３によって被成形部材５を成形する回転トルクに加え被成形部材５を白抜き矢印Ｄ１の方向に送るための回転トルクが与えられている。第３成形用ローラ部３０を通った被成形部材５は、図２（ｄ）に示す断面形状に成形される。

ここで、第１モータ５１、第２モータ５２、及び、第３モータ５３が第１成形用ローラ部１０、第２成形用ローラ部２０、及び、第３成形用ローラ部３０に与える回転トルクの大きさについて説明する。
図２（ａ）に示す被成形部材５の形状から図２（ｂ）に示す被成形部材５の形状への変形量、すなわち、第１成形用ローラ部１０による成形量を成形量Ｖ１とし、図２（ｃ）に示す被成形部材５の形状から図２（ｄ）に示す被成形部材５の形状への変形量、すなわち、第３成形用ローラ部３０による成形量を成形量Ｖ３とすると、第１モータ５１が第１成形用ローラ部１０に与える回転トルクＴ１は、基準の回転トルクＴ０を用いて以下の式（１）で算出される。
Ｔ１＝Ｖ１／Ｖ３×１００×Ｔ０ ・・・・・（１）

また、図２（ｂ）に示す被成形部材５の形状から図２（ｃ）に示す被成形部材５の形状への変形量、すなわち、第２成形用ローラ部２０による成形量を成形量Ｖ２とすると、第２モータ５２が第２成形用ローラ部２０に与える回転トルクＴ２は、以下の式（２）で算出される。
Ｔ２＝Ｖ２／Ｖ３×１００×Ｔ０ ・・・・・（２）

また、第３モータ５３が第３成形ローラ部３０に与える回転トルクＴ３は、図２（ｃ）に示す被成形部材５の形状から図２（ｄ）に示す被成形部材５の形状に変形させるための基準の回転トルクＴ０に加え、被成形部材５を図１の白抜き矢印Ｄ１の方向に移動させるための回転トルクＴ３０を加えた大きさとなる。

図３にそれぞれのドライバからそれぞれのモータへの回転トルクの指令値の時間変化を示す。図３（ａ）は、第１ドライバ６１から第１モータ５１への回転トルクの指令値の時間変化を示す。図３（ｂ）は、第２ドライバ６２から第２モータ５２への回転トルクの指令値の時間変化を示す。図３（ｃ）は、第３ドライバ６３から第３モータ５３への回転トルクの指令値の時間変化を示す。縦軸は、ドライバからモータへの回転トルクの指令値の大きさを示し、プラスの回転トルクを与えるとローラ１１、１２は図１に示す矢印Ｒ１０の方向に回転し、ローラ２１、２２は図１に示す矢印Ｒ２０の方向に回転し、ローラ３１、３２は図１に示す矢印Ｒ３０の方向に回転する。

モータの駆動を開始するとき、ドライバは比較的大きい正の回転トルクを発生するようモータに指令する（図３（ａ）の時刻ｔ１０から時刻ｔ１１、図３（ｂ）の時刻ｔ２０から時刻ｔ２１、図３（ｃ）の時刻ｔ３０から時刻ｔ３１）。
モータの駆動が定常状態になると、第１モータ５１には式（１）で算出される回転トルクＴ１を出力するよう指令する（図３（ａ）の時刻ｔ１１から時刻ｔ１２）。また、第２モータ５２には式（２）で算出される回転トルクＴ２を出力するよう指令する（図３（ｂ）の時刻ｔ１１から時刻ｔ１２）。また、第３モータ５３には回転トルクＴ３を出力するよう指令する（図３（ｃ）の時刻ｔ３１から時刻ｔ３２）。
ロール成形装置１における被成形部材５の成形が終了するとき、ドライバは比較的大きい負の回転トルクを発生するようモータに指令する（図３（ａ）の時刻ｔ１２から時刻ｔ１３、図３（ｂ）の時刻ｔ２２から時刻ｔ２３、図３（ｃ）の時刻ｔ３２から時刻ｔ３３）。これにより、モータは駆動を停止する。

ロール成形装置１の成形工程に戻り、最後に、第３成形用ローラ部３０によって成形された被成形部材５は、図１の白抜き矢印Ｄ１の方向に送られる。第３成形用ローラ部３０を通った被成形部材５は、送り量測定部４０の二つの送りローラ４１、４２の間に挿入される。送り量測定部４０は、被成形部材５の送り量を検出し第３ドライバ６３に出力する。

従来、複数の成形用ローラ部によって被成形部材を成形するとき、ローラと被成形部材とが当接する部位からローラの中心軸までの距離、すなわち、送り半径が複数の成形用ローラ部のそれぞれにおいて異なっていたり、成形用ローラ部のローラと被成形部材との当たり方が変化したりするため、成形用ローラ部のそれぞれにおける被成形部材の送り量にばらつきが発生していた。このため、隣り合う成形用ローラ部において送り量が異なることとなり、材料詰まりが発生する。この材料詰まりは、被成形部材の単位時間当たりの送り量を大きくするほど顕著となり、被成形部材の所望の位置に所望の形状を精度よく成形することができない原因となっていた。

一実施形態によるロール成形装置１では、第１成形用ローラ部１０、第２成形用ローラ部２０、及び、第３成形用ローラ部３０によって被成形部材５を成形する一方、ロール成形装置１における被成形部材５の成形工程の最終のローラ部となる第３成形用ローラ部３０によってのみ被成形部材５を白抜き矢印Ｄ１の方向に送る。第３成形用ローラ部３０における被成形部材５の送り量を第３成形用ローラ部３０の下流側の直後に位置する送り量測定部４０によって検出し、第３ドライバ６３にフィードバックする。第３ドライバ６３では、送り量測定部４０が検出した被成形部材５の送り量に基づいて第３モータ５３の駆動を制御し、被成形部材５の送り量を制御する。これにより、複数の成形用ローラ部のそれぞれにおいて被成形部材を送る場合に比べ、材料詰まりの発生を防止することができる。また、被成形部材５は第３成形用ローラ部３０のみによって送られるため、成形用ローラ部の間における材料詰まりの発生を防止することができる。したがって、ロール成形装置１は、被成形部材５の成形速度を向上しつつ所望の位置に所望の形状を精度よく成形することができる。

ロール成形装置１では、第１成形用ローラ部１０及び第２成形用ローラ部２０には、式（１）、（２）によって算出される回転トルクが与えられる。これにより、第１成形用ローラ部１０及び第２成形用ローラ部２０では、与えられる回転トルクのほぼ全てが被成形部材５の成形に用いられるため、第１成形用ローラ部１０または第２成形用ローラ部２０における被成形部材５の送りがほとんど発生しない。これにより、成形用ローラ部の間における材料詰まりの発生を防止することができる。したがって、ロール成形装置１は、被成形部材５の所望の位置に所望の形状を精度よく成形することができる。

また、ロール成形装置１では、成形用ローラ部を駆動するモータをそれぞれ備えている。これにより、全ての成形用ローラ部を一つのモータで駆動する場合に比べ被成形部材５を成形するために必要な電力を少なくすることができる。また、第１成形用ローラ部１０及び第２成形用ローラ部２０は、被成形部材５の成形のみを行うため、第１モータ５１及び第２モータ５２を比較的小さくすることができる。したがって、被成形部材５の成形コストを低減することができる。

（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、ロール成形装置における被成形部材の成形工程の最終のローラ部となる第３成形用ローラ部を「送り成形用ローラ部」とし、第３成形用ローラ部によってのみ被成形部材を一方の方向に送るとした。しかしながら、「送り成形用ローラ部」はこれに限定されない。被成形部材の成形工程の最初のローラ部である第１成形用ローラ部のみによって被成形部材を送ってもよいし、被成形部材の成形工程の中間のローラ部である第２成形用ローラ部のみによって被成形部材を送ってもよい。複数の成形用ローラ部の一つの成形用ローラ部のみが被成形部材を送るよう構成されればよい。

（イ）上述の実施形態では、被成形部材は、単位毎に分割された部材であるとした。しかしながら、被加工部材の形状はこれに限定されない。連続した帯状の部材であってもよい。

（ウ）上述の実施形態では、ロール成形装置は、成形用ローラ部、モータ、及び、ドライバをそれぞれ三個備えるとした。しかしながら、ロール成形装置が備える成形用ローラ部、モータ、及び、ドライバの数はこれに限定されない。成形用ローラ部、モータ、及び、ドライバの数は、ロール成形装置における被成形部材の成形工程に含まれる成形回数に応じて複数備えていればよい。

（エ）上述の実施形態では、第１成形用ローラ部及び第２成形用ローラ部に与えられる回転トルクは、第１成形用ローラ部または第２成形用ローラ部における成形量と第３成形用ローラ部における成形量との比に基づいて算出されるとした。しかしながら、第１成形用ローラ部及び第２成形用ローラ部に与えられる回転トルクを算出する方法はこれに限定されない。

（オ）上述の実施形態では、送り量測定部は、被成形部材に接触するローラなどから形成されるとした。しかしながら、「移動速度検出手段」の構成はこれに限定されない。

（カ）制御部は、複数のドライバ、処理部などから構成されているとした。しかしながら、制御部の構成はこれに限定されない。制御部は、複数の成形用ローラ部の駆動を制御しつつ、送り量測定部が検出する被成形部材の送り量に基づいて「送り成形用ローラ駆動手段」としての第３モータのみを用いて被成形部材の送り量を制御すればよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施可能である。

１ ・・・ロール成形装置、
５ ・・・被成形部材、
１０ ・・・第１成形用ローラ部（成形用ローラ部）、
１１、１２ ・・・ローラ、
２０ ・・・第２成形用ローラ部（成形用ローラ部）、
２１、２２ ・・・ローラ、
３０ ・・・第３成形用ローラ部（成形用ローラ部、送り成形用ローラ部）、
３１、３２ ・・・ローラ、
４０ ・・・送り量測定部（移動速度検出手段）、
５１ ・・・第１モータ（ローラ駆動手段）、
５２ ・・・第２モータ（ローラ駆動手段）、
５３ ・・・第３モータ（ローラ駆動手段、送り成形用ローラ駆動手段）、
６０ ・・・制御部。

Claims (2)

1. 被成形部材（５）をロール成形するロール成形装置（１）であって、
   二つのローラ（１１、１２、２１、２２、３１、３２）を有し、回転する前記二つのローラの間に前記被成形部材を挟み込むと前記被成形部材を所望の形状に成形する複数の成形用ローラ部（１０、２０、３０）と、
   前記複数の成形用ローラ部のそれぞれに接続し、前記ローラを回転駆動する複数のローラ駆動手段（５１、５２、５３）と、
   前記被成形部材の移動速度を検出し、前記被成形部材の移動速度に応じた電気信号を出力する移動速度検出手段（４０）と、
   複数の前記成形用ローラ部が前記被成形部材を成形するよう複数の前記ローラ駆動手段の作動を制御しつつ、前記移動速度検出手段が出力する電気信号に基づいて複数の前記成形用ローラ部の一つである送り成形用ローラ部（３０）に接続する送り成形用ローラ駆動手段（５３）を用いて前記被成形部材の移動速度を制御する制御部（６０）と、
   を備えることを特徴とするロール成形装置。
2. 前記制御部は、複数の前記成形用ローラ部の前記送り成形用ローラ部を除く成形用ローラ部（１０、２０）において、前記送り成形用ローラ部を除く成形用ローラ部が前記被成形部材を成形する成形量（Ｖ１、Ｖ２）と前記送り成形用ローラ部が前記被成形部材を成形する成形量（Ｖ３）との比に応じて、前記送り成形用ローラ部を除く成形用ローラ部に接続する前記ローラ駆動手段の作動を制御することを特徴とする請求項１に記載のロール成形装置。

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